(Khoá luận tốt nghiệp) tìm hiểu khả năng xử lý cu2+ trong nước bằng than củi

Khóa luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Giảng viên hƣớng dẫn: Ths.Nguyễn Thị Cẩm Thu Sinh Viên: Nguyễn Thị Vân HẢI PHỊNG - 2012 Khóa luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - TÌM HIỂU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CU2+ TRONG NƢỚC BẰNG THAN CỦI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Nguyễn Thị Vân Giảng viên hƣớng dẫn: Ths.Nguyễn Thị Cẩm Thu HẢI PHỊNG - 2012 Khóa luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Khóa luận tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Vân Mã SV: 120483……… Lớp: MT1202…………… Ngành: Kỹ thuật Môi trường …………………… Tên đề tài: Tìm hiểu khả xử lý Cu2+ nước than củi …………………………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………………………………………………… Khóa luận tốt nghiệp NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn - Các số liệu thu từ thực nghiệm …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Khóa luận tốt nghiệp Địa điểm thực tập tốt nghiệp …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Khóa luận tốt nghiệp CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Người Sinh viên hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị Khóa luận tốt nghiệp PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …… …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … Đánh giá chất lƣợng khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…): …………………………………………………………………………………… … Khóa luận tốt nghiệp …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … Cho điểm cán hƣớng dẫn (ghi số chữ): …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Cán hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) ThS.Nguyễn Thị Cẩm Thu Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Thị Cẩm Thu – người giao đề tài tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ em hồn thành khóa luận Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô giáo môn Môi trường, cảm ơn quý thầy trường Đại học dân lập Hải Phịng tạo điều kiện cho em suốt trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè – người giúp đỡ, động viên suốt thời gian học tập thời gian làm khóa luận Xin chân thành cảm ơn người! 10 Khóa luận tốt nghiệp cẩn thận tháo lớp toluen có chứa phức Đồng chiết trao đổi vào cuvet tiến hành so màu bước sóng λ =430 nm * Lập đường chuẩn Chuẩn bị bình định mức có dung tích 100ml, lấy vào bình thể tích dung dịch chuẩn sau: 0; 0,2; 0,5; 1; 2; ml dung dịch Cu2+ nồng độ 10 mg/l Sau đó, tiến hành bước trình tự phân tích Kết đo thể bảng 2.1 Bảng2.1: Kết xácđịnh đường chuẩn Đồng STT Thể tích Cu2+ (ml) Nồng độ Cu2+ (mg/l) ABS 0 0,2 0,02 0,006 0,5 0,05 0,016 0,1 0,026 0,2 0,05 0,3 0,072 42 Khóa luận tốt nghiệp 0.08 y = 0.237x + 0.0019 R² = 0.997 0.07 0.06 ABS 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Nồng độ Đồng (mg/l) Hình 2.1: Đường chuẩn xác định Đồng 43 Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 Khảo sát khả hấp phụ Cu2+ vật liệu hấp phụ III.1.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Cu2+ Lấy bình tam giác đánh số thứ tự từ đến Cho vào bình - 50 ml dung dịch Cu2+ có nồng độ 20 mg/l - Thêm vào bình 5g than củi - Lắc máy lắc với tốc độ 120 vòng/phút khoảng thời gian 5, 30, 60, 90, 120, 180 phút Lọc lấy dung dịch xác định nồng độ lại Cu2+ dung - dịch phương pháp trắc quang Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hưởng thời gian tới khả hấp phụ Cu2+ STT Thời gian (phút) Nồng độ Cu2+ ban đầu (mg/l) Nồng độ Cu2+ lại (mg/l) Hiệu suất (%) 20 6,73 66,35 30 20 3,22 83,90 60 20 0,86 95,70 90 20 0,82 95,89 120 20 0,80 96,00 180 20 0,79 96,05 44 Khóa luận tốt nghiệp Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ Cu2+ dung dịch theo thời gian hấp phụ: 100 95 Hiệu suất (%) 90 85 80 75 70 65 60 20 40 60 80 100 120 Thời gian (phút) 140 160 180 Hình 3.1 : Sự biến đổi khả hấp phụ Cu2+ theo thời gian Nhận xét: Từ kết thí nghiệm cho thấy hiệu suất trình hấp phụ tăng dần thời gian hấp phụ tăng từ 5-60 phút Khi tiếp tục kéo dài thời gian hấp phụ hiệu suất trình hấp phụ tăng không đáng kể Như ta chọn thời gian hấp phụ tối ưu 60 phút III.1.2 Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ Cu2+ - Lấy bình tam giác, đánh số thứ tự từ đến Cho vào bình 50ml dung dịch chứa Cu2+ có nồng độ 20 mg/l, điều chỉnh dung dịch có giá trị pH 2, 3, 4, 5, - Thêm 5g vật liệu hấp phụ lắc khoảng thời gian 60 phút - Lọc lấy phần dung dịch xác định nồng độ lại Cu2+ phương pháp trắc quang 45 Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.2: Khảo sát ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ Cu2+ STT pH Nồng độ Cu2+ ban đầu (mg/l) Nồng độ Cu2+ lại (mg/l) Hiệu suất (%) 20 2,97 85,15 20 2,11 89,43 20 1,38 93,10 20 1,63 91,85 20 1,90 90,50 Từ kết ta có đồ thị biểu diễn phụ thuộc khả hấp phụ Cu2+ dung dịch theo độ pH: 46 Khóa luận tốt nghiệp 100 98 Hiệu suất (%) 96 94 92 90 88 86 84 82 80 3pH Hình 3.2 : Sự biến đổi khả hấp phụ Cu2+ theo pH Nhận xét: Từ kết thí nghiệm cho thấy: Trong khoảng pH dung dịch từ – hiệu suất hấp phụ tăng dần đạt cao pH =4 Tại khoảng pH từ – hiệu suất hấp phụ giảm dần Như pH = vật liệu hấp phụ tốt III.1.3 Mơ tả q trình hấp phụ Cu2+ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Dựa vào kết khảo sát thời gian, pH, tiến hành khảo sát trình hấp phụ theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir, sau dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ để xác định qmax (tải trọng hấp phụ cực đại) Các thí nghiệm tiến hành sau: Lấy 10 bình tam giác, cho vào bình 50 ml dung dịch Cu2+ với nồng độ tương ứng: 20, 80, 160, 240, 320, 400, 480, 560, 640, 720 mg/l 5g than 47 Khóa luận tốt nghiệp củi Điều chỉnh pH = (là pH tối ưu khảo sát trên) tiến hành lắc khoảng thời gian 60 phút, lọc xác định nồng độ Cu2+ sau khảo sát Bảng 3.3: Kết xác định tải trọng hấp phụ vật liệu hấp phụ Cu2+ STT Nồng độ Cu2+ ban đầu (C ) (mg/l) Nồng độ Cu2+ lại (Cf) (mg/l) q (mg/g) Cf/q 20 1,3 0,187 6,95 80 5,5 0,745 7,38 160 12,2 1,478 8,25 240 21,2 2,188 9,69 320 31,4 2,886 10,88 400 49,4 3,506 14,09 480 66,2 4,108 16,00 560 118,1 4,519 26,73 640 174,5 4,688 39,17 10 720 250,7 4,693 53,42 48 Khóa luận tốt nghiệp Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ Cu2+: q (mg/g) 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 0 100 200 300 400 500 600 700 Cf (mg/l) 800 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn kết xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu hấp phụ Cu2+ Kết cho thấy nồng độ đầu dung dịch Cu2+ tăng tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần Dựa vào số liệu thí nghiệm thu được, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Cf/q 60 y = 0.185x + 5.470 R² = 0.995 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 C (mg/l) 300 f 49 Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.4: Đường biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf mô tả theo phương trình : y = 0,185x + 5,4705 Ta có tgα = 1/qmax suy qmax= 1/tgα = 1/0,185= 5,41(mg/g) Vậy tải trọng hấp phụ cực đại qmax tính theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir VLHP Cu2+ 5,41(mg/g) III.2 Khảo sát đánh giá khả hấp phụ vật liệu điều kiện động Để đánh giá khả hấp phụ Cu2+ vật liệu điều kiện động tiến hành thí nghiệm cột hấp phụ III.2.1 Chuẩn bị cột hấp phụ - Cột hấp phụ Buret có đường kính 1cm, cao 25cm đặt thẳng đứng Đầu vào cột nối với bình chứa dung dịch Cu2+, đầu nối với bình chứa dung dịch sau hấp phụ - Trong cột hấp phụ trước tiên ta nhồi dây dứa tước nhỏ, sau nhồi 3,69g vật liệu hấp phụ (khối lượng vật liệu hấp phụ tính theo tải trọng hấp phụ cực đại) III.2.2 Quá trình hấp phụ cột - Dẫn dung dịch có chứa Cu2+ có nồng độ ban đầu 20 mg/l chảy liên tục qua cột hấp phụ, pH=4 - Điều chỉnh tốc độ chảy qua cột hấp phụ 0,5ml/phút - Quá trình hấp phụ động dừng lại hàm lượng kim loại dung dịch qua cột hấp phụ bắt đầu tăng lên (cột hấp phụ đạt cân bằng) - Kết thí nghiệm thể bảng 3.4: 50 Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.4: Kết khảo sát khả hấp phụ vật liệu điều kiện động STT Thể tích mẫu qua cột (ml) Nồng độ 2+ Cu đầu (mg/l) Nồng độ Cu2+ cuối (mg/l) Hiệu suất (%) 1,53 92,35 50 20 100 20 1,89 90,56 200 20 4,20 78,98 300 20 7,06 64,70 400 20 8,53 57,35 500 20 11,02 44,89 600 20 12,82 35,92 700 20 14,88 25,61 800 20 17,03 14,83 10 900 20 18,95 5,24 11 1000 20 - - 51 Khóa luận tốt nghiệp 100 90 Hiệu suât (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 200 400 600 800 1000 Vmẫu (ml) Hình 3.5: Hiệu suất hấp phụ vật liệu điều kiện động Nhận xét: Với 3,69g vật liệu hấp phụ có khả xử lý 100ml dung dịch Cu2+ mẫu cho dung dịch đầu có nồng độ Cu2+ nhỏ QCVN24:2009/BTNMT Cột đạt cân sau 1000ml dung dịch chứa ion Cu2+ chạy qua III.3 Quá trình giải hấp Quá trình giải hấp ngược lại với trình hấp phụ, nghĩa tách Cu2+ khỏi vật liệu hấp phụ Giải hấp sử dụng nhiều phương pháp khác loại vật liệu hấp phụ phương pháp hấp phụ III.3.1 Khảo sát trình giải hấp Đồng sử dụng NaCl 10% Nhồi 5g vật liệu hấp phụ vào cột hấp phụ, sau lấy 50ml dung dịch Cu2+ nồng độ 20mg/l chạy qua cột hấp phụ xác định nồng độ Cu2+ bị hấp phụ Kết thể bảng 3.5: 52 Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.5: Kết hấp phụ Cu2+ vật liệu hấp phụ Nguyên tố C (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) Cu2+ 20 1,28 93,6 Sau tiến hành giải hấp tách Cu2+ khỏi vật liệu dung dịch NaCl 10% Cứ 50 ml NaCl 10% qua cột hấp phụ với tốc 0,5 ml/phút ta lại tiến hành xác định nồng độ Cu2+ giải hấp Làm tương tự Cu2+ giải hấp hết Kết thể bảng 3.6: Bảng 3.6: Kết giải hấp Đồng NaCl 10% Thể tích NaCl 10% (ml) Cu2+còn lại (mg/l) Cu2+ giải hấp (mg/l) Hiệu suất giải hấp (%) 50 5,98 14,02 70,1 100 3,42 2,56 82,9 150 2,35 1,07 88,25 200 1,32 1,13 93,9 STT Nhận xét : Dựa vào bảng số liệu cho thấy khả rửa giải vật liệu hấp phụ dung dịch NaCl 10% hiệu suất giải hấp cao đạt 93,9% III.3.2 Khảo sát trình giải hấp Đồng sử dụng HCl 0.01M Nhồi 5g vật liệu hấp phụ vào cột hấp phụ, sau lấy 50ml dung dịch Cu2+ nồng độ 20mg/l chạy qua cột hấp phụ xác định nồng độ Cu2+ bị hấp phụ Kết thể hiên bảng 3.5: 53 Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.5: Kết hấp phụ Cu2+ vật liệu hấp phụ Nguyên tố C (mg/l) Cf (mg/l) Hiệu suất (%) Cu2+ 20 1,28 93,6 Sau tiến hành giải hấp tách Cu2+ khỏi vật liệu dung dịch axit HCl 0,01M Cứ 20ml HCl 0,01M qua cột hấp phụ với tốc 0,5 ml/phút ta lại tiến hành xác định nồng độ Cu2+ giải hấp Làm tương tự Cu2+ giải hấp hết Kết thể bảng 3.7: Bảng 3.7: Kết giải hấp Đồng HCl 0.01M STT Thể tích HCl 0.01M (ml) Cu2+còn lại (mg/l) Cu2+ giải hấp (mg/l) Hiệu suất giải hấp (%) 67,95 20 6,41 13,59 40 5,87 0,54 70,65 60 2,59 3,28 87,05 80 1,05 1,54 94,75 Nhận xét : Dựa vào bảng số liệu cho thấy khả rửa giải vật liệu hấp phụ dung dịch HCl 0,01M hiệu suất đạt 94,75% 54 Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Tìm hiểu khả xử lý Cu2+ nước than củi thu số kết sau: Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ Cu2+: - Trong khoảng thời gian khảo sát (từ phút đến 180 phút), khoảng thời gian tối ưu vật liệu hấp phụ ion Cu2+ là: 60 phút - Trong khoảng pH khảo sát từ – 6, khoảng pH để hấp phụ ion Cu2+ xảy tốt là: pH=4 - Mơ tả q trình hấp phụ Cu2+ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu hấp phụ qmax = 5,41(mg/g) Khảo sát trình hấp phụ động vật liệu, khả hấp phụ vật liệu tốt: Với 3,69g vật liệu hấp phụ có khả xử lý 100ml dung dịch Cu2+ mẫu cho đầu có nồng độ Cu2+ nhỏ QCVN24:2009/BTNMT Cột đạt cân sau 1000ml dung dịch chứa ion Cu2+ chạy qua Khảo sát khả giải hấp vật liệu hấp phụ với dung dịch NaCl 10% dung dịch HCl 0,01M; kết thu cho thấy: - Với 200ml dung dịch NaCl 10% giải hấp Cu2+ đạt hiệu suất 93,9% - Với 80 ml HCl 0,01M giải hấp Cu2+ đạt hiệu suất 94,75% 55 Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS.Trần Tử An, Môi trường độc chất môi trường, Trường ĐH Dược Hà Nội, 2000 [2] Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội, 2000 [3] Trần Tử Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xn Trung, Giáo trình hóa học phân tích, Khoa Hóa học, trường ĐHKHTN Hà Nội, 1998 [4] Trần Thị Mai, Nghiên cứu xử lý Crom, đồng nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ mùn cưa, Khóa luận tốt nghiệp, Khoa Mơi Trường, ĐHDL Hải Phịng, 2010 [5] Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga,Giáo trình xử lý nước thải, Nhà xuất KHKT, 2002 [6] Nguyễn Xuân Nguyên, Nước thải công nghiệp xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,1999 [7] Trịnh Thị Thanh, Độc học môi trường sức khỏe người, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2000 [8].Sổ tay phân tích Đất -Nước – Phân bón trồng, Viện thổ nhưỡng nơng hóa, Nhà xuất nơng nghiệp, 1998 [9].Các tiêu chuẩn việt nam môi trường [10].tailieu.vn, thancui [11].un.answers.yahoo.com 56